Аналитическая химия качественный и количественный анализ. Учебное пособие

преобладаетокисленнаяформаиндикатора, наблюдаетсясине-фиолето- вая окраска. Если к раствору восстановителя с потенциалом Е1 приба-

витьдифениламинспотенциаломЕ2 Е1 иначатьприливатьокислитель

с потенциалом Е3 (Е1 Е3 Е2), то наиболее энергично протекает реакция между системами с наибольшей разностью потенциалов. Сначала будет окисляться восстановитель. После того как будет окислен весь восстановитель, начнется окисление индикатора. Поэтому при малейшем избытке K2Cr2О7 появляется сине-фиолетовое окрашивание дифениламина, который используется для фиксирования ТЭ.

Для того чтобы смена окраски дифениламина происходила в пределах скачка потенциалов на кривой титрования, добавляют Н3РО4, которая связывает образующиеся при реакции ионы Fe3+ в прочный ком-

плекс, понижая окислительно-восстановительный потенциал редокспары Fe3+, Fe2+. Если не добавить Н3РО4, то ионы Fe3+ будут окислять

индикатор и вызовут преждевременное изменение окраски индикатора.

Методикавыполнения. Полученныйвмернойколбе анализируемый

раствор соли Мора (NH4)2SO4 FeSO4 6H2О доведите дистиллированной водой до метки и тщательно перемешайте. Заполните бюретки растворами K2Cr2О7 и соли Мора. Из бюретки в коническую колбу для титрования отберите 10 мл соли Мора, прибавьте по 5 мл H2SO4 и Н3РО4 (объемы кислот отмеряйте мерным цилиндром) и 2 капли дифениламина.

Полученный раствор перемешайте и оттитруйте раствором K2Cr2О7 до изменения зеленой окраски раствора в серо-зеленую, после чего дотитруйте до появления устойчивой (в течение минуты) сине-фиолето- вой окраски. Титрование повторите три раза до получения сходящихся результатов.

Результаты титрования занесите в таблицу.

Анализируемый раствор № ____

51

В отчёте:

1)напишите уравнение реакции в ионно-электронной и молекулярной форме;

2)укажите:

а) метод анализа и его сущность, б) рабочее вещество и определяемое вещество, в) способ титрования, г) способ фиксирования ТЭ,

д) условия титрования, назначение H2SO4 и Н3РО4,

е) рассчитайте Мэк(Fe), сэк раствора соли Мора и массу Fe(II) в объёме мерной колбы, используя Vср.

3.2.3. Иодометрия

Сущность метода заключается в определении окислителей Ох и восстановителей Red по реакции

2I– + Ox ↔ I2 + Red.

Характеристика метода иодометрического титрования приведена в табл. 6.

Работа № 9. Иодометрическое определение

меди(II) в растворе медного купороса

Цель работы: ознакомление с методом иодометрии и определение массы окислителя Сu(II) методом замещения.

Оборудование и реактивы: штатив, две бюретки на 25 см3, мерная колба на 100 см3, мерный цилиндр на 25 см3, три конические колбы для титрования; растворы: 0,02 н. дихромата калия K2Cr2О7; 0,02 н. тиосульфата натрия Na2S2O3 5H2O; 1 н. серной кислоты Н2SO4; 0,1 н. иодида калия KI; раствор медного купороса CuSO4 5Н2О; 0,5 %-й раствор крахмала; роданид аммония NH4SCN.

52

53

Опыт 1. Установление титра раствора тиосульфата натрия Na2S2O3.

КонцентрациюрастворатиосульфатанатрияNa2S2O3 5H2O устанавливают по стандартному 0,02 н. раствору дихромата калия K2Cr2О7, пользуясь методом замещения.

Методика выполнения. Заполните бюретки раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 и 0,02 н. раствором дихромата калия K2Cr2О7 и установите уровень на нуле по нижнему мениску раствора.

В коническую колбу для титрования отберите 10 мл 0,02 н. раствора K2Cr2О7, добавьте по 10 мл 0,1 н. раствора KI и 1 н. раствора Н2SO4 (объёмы растворов KI и Н2SO4 отмеряйте мерным цилиндром).

Раствор в каждой колбе тщательно перемешайте. Выделившийся I2 оттитруйте раствором Na2S2O3. Когда бурая окраска раствора перейдет в лимонно-желтую, прибавьте 10 капель раствора крахмала и продолжайте титровать до исчезновения синей окраски. Титрование считается законченным, еслисиняяокраскарастворанепоявляетсявтечениеодной минуты. Титрование повторите три раза. Результаты титрования параллельных проб не должны отличаться друг от друга более чем на 0,1 мл.

Результаты титрования занесите в таблицу.

1)напишите уравнение реакции в ионно-электронной и молекулярной форме;

2)укажите:

а) метод анализа и его сущность, б) рабочее вещество, определяемое вещество,

в) первичный стандартный раствор для стандартизации рабочего вещества,

г) способ титрования, д) способ фиксирования ТЭ и индикатор, обосновав его выбор,

54

е) условия титрования,

ж) рассчитайте Мэк, Т и сэк раствора Na2S2O3.

Опыт 2. Определение содержания меди(II) в растворе медного купороса.

При определении Cu(II) используют метод титрования заместителя. К анализируемому раствору прибавляют раствор иодида калия KI. При этом протекает реакция по уравнению (1):

2Cu2+ + 4I– = 2CuI(т) + I2.(1)

Образовавшийся свободный I2 (вещество – заместитель) в количестве, эквивалентном количеству прореагировавшей меди(II), титруют раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 5H2O. Реакция идет по уравне-

нию (2):

I2 2S2O32 2I S4O62 . (2)

В ТЭ количества эквивалентов определяемого иона (Cu2+), заместителя (I2) и титранта (Na2S2O3) равны

nэк(Cu2+) = nэк(I2) = nэк(Na2S2O3).

Исходя из электронного уравнения реакции Сu2+ + I– + е– CuI(т)

Мэк(Cu2+) = М(Cu) = 63,54 г/моль.

Осадок CuI адсорбирует некоторое количество йода, поэтому по окончанию титрования в раствор добавляют роданид аммония, который адсорбируются сильнее и вытесняет из него йод. Переход окраски становится очень отчётливым.

55

Методика выполнения. Полученный в мерной колбе на 100 см3 ана-

лизируемый раствор медного купороса CuSO4 5Н2О разбавьте дистиллированной водой до метки и тщательно перемешайте.

В коническую колбу для титрования отберите из бюретки 10 см3 раствора CuSO4. Мерным цилиндром отмерьте 10 см3 раствора KI и 5 см3 Н2SO4 и перенесите в колбу с раствором CuSO4. Выделившийся I2 оттитруйте раствором Na2S2O3, не обращая внимания на осадок CuI. Когда окраска раствора станет лимонно-желтой, прибавьте 10 капель крахмала и 0,1 г роданида аммония. Продолжайте титровать до исчезновения синей окраски.

Титрование заканчивают, если синяя окраска не появляется в течение одной минуты. В противном случае раствор дотитровывают. Титрование повторите три раза.

Результаты титрования занесите в таблицу.

Анализируемый раствор № ____

В отчёте:

1)напишите уравнение реакции в ионно-электронной и молекулярной форме;

2)укажите:

а) метод анализа и его сущность, б) рабочее вещество и определяемое вещество,

в) первичный стандартный раствор для стандартизации рабочего вещества,

г) способ титрования, д) способ фиксирования ТЭ и индикатор, обосновав его выбор, е) условия титрования,

ж) рассчитайте Мэк(Cu), сэк(CuSO4) и массу Cu в объёме мерной колбы.

56

3.3. Комплексонометрическое титрование

Сущность метода: метод комплексонометрии основан на реакциях ионов металлов с комплексонами – органическими соединениями, производными аминополикарбоновых кислот.

Наиболее распространены следующие комлексоны: комплексон I – нитрилтриуксусная кислота:

CH2COOH

HOOC CH2 N

CH2COOH

комплексон II – этилендиаминтетрауксусная кислота:

комплексон III – динатриеваясольэтилендиаминтетрауксуснойкислоты:

Наиболее часто используют комплексон III, который известен под названием трилон Б, или ЭДТА.

С катионами металлов трилон Б образует прочные и растворимые в воде внутрикомплексные соли:

57

Независимо от степени окисления металла взаимодействие Меn+ с трилоном Б происходит в соотношении 1:1, при этом образуются два иона водорода:

Ме2+ + Н2Y2– MeY2– + 2Н+,

Ме3+ + Н2Y2– MeY– + 2Н+, Ме4+ + Н2Y2– MeY + 2Н+,

гдеН2Y2– – анионтрилонаБ(сокращеннотрилонБобозначилиNa2H2Y). Поэтому Мэк (трилон Б) = M2 .

Например, комплексонIII образуетвнутрикомплексныесолискатионами щелочно-земельных металлов (Са2+, Мg2+, Ва2+), которые очень трудно перевести в комплексные соединения другими способами. Поэтому, титрование комплексоном III используется для количественного определения этих катионов.

ДляфиксированияТЭиспользуютметалл-индикаторы. Металл-ин- дикаторы – это органические красители, образующие с катионами металла окрашенные комплексные соединения. Эти окрашенные комплексыменееустойчивы, чемкомплексытех жекатионовстрилоном Б. Поэтому при титровании раствора трилоном Б происходит связывание ионов металла комплексоном и выделяется индикатор, имеющий иную окраску, чем комплекс металла с индикатором.

Действие металл-индикатора, например хромогена черного (сокращенно Н2Ind), можно представить следующими уравнениями:

синий красный

MeInd + Н2Y2– MeY2–+ Н2Ind.

красный синий

Таким образом, в ТЭ красная краска сменяется синей. Наиболее четко она изменяется при рН = 8–10. Поэтому титрование ведут в присутствии аммонийного буфера (NH4OH + NH4Cl).

Характеристика метода комплексонометрического титрования приведена в табл. 7.

58

Таблица 7

Комплексонометрическое титрование

1.МgSO4 – сульфат магния, 0,01 н. раствор

2.МgO – оксид магния

Работа № 10. Комплексонометрическое определение

жесткости воды и свинца(II) в растворе

Цель работы: освоение метода комплексонометрии при определении жесткости воды и ионов свинца(II) в растворе.

Оборудование, реактивы: штатив, мерныеколбы на100 см3, две бюретки на 25 см3, два мерных цилиндра на 25 и 10 см3, три конические колбы для титрования емкостью 100 см3;

растворы: 0,01 н. сульфата магния MgSO4; 0,02 н. комплексона III, аммонийная буферная смесь (рН = 10); 0,01 н. гидроксида калия КОН,

59

минеральной воды; индикаторы – хромоген черный, мурексид (смеси с NaCl в соотношении 1:100).

Опыт 1. Установление концентрации раствора трилона Б. Концентрацию раствора трилона Б устанавливают по стандартному

раствору MgSO4.

Методика выполнения. Заполните одну бюретку 0,01 н. раствором сульфатамагнияMgSO4, другуюрастворомтрилонаБиустановитеуровень жидкости на нуле по нижнему мениску раствора.

В коническую колбу отберите из бюретки 10 см3 раствора MgSO4, добавьте 5 см3 аммонийной буферной смеси (объёмы отмеряют мерными цилиндрами) и индикатор хромоген черный на кончике шпателя. Полученный раствор перемешайте и оттитруйте раствором трилона Б до перехода розовой окраски в синюю. Титрование повторите три раза.

Результаты титрования занесите в таблицу.

1)напишите уравнение реакции в ионно-электронной и молекулярной форме;

2)укажите:

1)метод анализа и его сущность,

2)рабочее вещество и определяемое вещество,

3)первичныйстандартныйраствор длястандартизациирабочего вещества,

4)способ титрования,

5)способ фиксирования ТЭ и индикатор, обосновав его выбор,

6)условия титрования,

7)рассчитайте Мэк, Т и сэк (трилона Б).

60